Wasserkraftwerk

Ein Wasserkraftwerk ist ein Kraftwerk, das die potenzielle Energie des Wassers in elektrische Energie umwandelt und somit die Wasserkraft nutzbar macht.

Es gibt verschiedene Wasserkraftwerks-Typen. Daher ist die Bezeichnung Wasserkraftwerk nur ein allgemeiner Sammelbegriff. Die Unterscheidung einzelner Formen nach Ausführungsart kann nach diversen Kriterien erfolgen, zum Beispiel nach der Durchflussart des Wassers: Speicher- und Laufwasserkraftwerk, oder nach der Größe des Druckes bei Wasserkraftwerken mit Turbinen: Niederdruck- und Hochdruckkraftwerk.

Typen von Wasserkraftwerken

Niederdruckkraftwerke

Laufwasserkraftwerke

Niederdruckkraftwerke produzieren, abhängig von der Wassermenge des Flusses ständig Energie (Bandenergie oder Grundlastenergie), außer bei extrem tiefem oder extrem hohem Wasserstand.

Das Gefälle ist bei Flusskraftwerken nur niedrig (einige Meter), dafür stehen größere Wassermengen zur Verfügung. Bei schiffbaren Flüssen müssen sie mit Schleusen kombiniert sein.

Hochdruckkraftwerke

Speicherkraftwerke

Ein Speicherkraftwerk nutzt die durch natürliches Gefälle entstehende Energie des Wassers aus einem erhöht gelegenen See bzw. aus einem künstlichen Stausee, der durch einen natürlichen Zufluss gespeist wird. Das Wasser wird jeweils eine Zeit lang gespeichert, bis es über steile Rohrleitungen mit hohem Druck auf tiefer gelegene Turbinen geleitet wird.

Das derzeit leistungsstärkste Speicherkraftwerk ist das Itaipu auf der Grenze zwischen Brasilien und Paraguay. Es hat eine Gesammtleistung von ca 12.6 Gigawatt. In China wird momentan im Rahmen des Drei-Schluchten-Staudamms an einem noch grösseren Speicherkraftwerk gearbeitet.

Pumpspeicherkraftwerke

Ein Pumpspeicherkraftwerk, funktioniert ähnlich wie ein normales Speicherkraftwerk, verfügt aber über keinen natürlichen Wasserzufluss.

Ein Pumpspeicherkraftwerk besteht aus einem erhöht gelegenen, zumeist eigens errichteten Wasserreservoir (Stausee), dem "Oberbecken" mit Stauanlage, Druckstollen, Druckschacht mit Wasserschloss zur Verhinderung von Druckstössen, und einer am Fuße des Absperrbauwerks gelegenen Kraftwerkszentrale und "Unterbecken" mit Turbinen, Generatoren, Transformatoren und Schaltstation. Beide Wasserebenen sind mit großen Rohren verbunden. Wenn es die topographischen Gegegebenheiten zulassen, befindet sich das Kraftwerk möglichst auf deutlich geringerer Meereshöhe als das Reservoir.

In Zeiten von niedrigem Elektrizitätsbedarf, also wenn die Grundlast-Energie liefernden konventionellen Kraftwerke ein Überangebot von Strom liefern, wird in diesen Pumpspeicherkraftwerken Wasser von einem niedrig gelegenen in einen höher gelegenen Stausee pumpt, das dann als Vorrat für die Stomerzeugung in Spitzenverbrauchszeiten zur Verfügung steht. Das Wasser wird dann bei Bedarf wieder über steile Druckleitungen auf eine Turbine herunter geleitet, die wiederum einen Generator antreibt. Das Gefälle dieser Rohrleitungen ist meistens sehr groß (bis zu 1000 m Höhenunterschied) und durch den dadurch erzeugten hohen Druck, können Hochdruckkraftwerke auch mit vergleichsweise wenig Wasser Elektrizität erzeugen. Gewöhnlich werden Pelton- oder Freistrahlturbinen eingesetzt.

Speicherkraftwerke können sehr schnell an- und abgeschaltet werden und in Vollast oder Teillast laufen, und liefern gewöhnlich wertvolle Spitzenenergie.

Durch den Bau von Pumpspeicherkraftwerken kann die weitgehend ungenutzte Bandenergie von Stauseen in wertvolle Spitzenenergie umgewandelt werden.

Gezeitenkraftwerke

Ein Gezeitenkraftwerk nutzt die Energie des wechselnden Wasserpegels des Meeres, also des Tidenhubs bei Ebbe und Flut.

Wellenkraftwerke

In Wellenkraftwerken wird im Unterschied zu Gezeitenkraftwerken nicht der Tidenhub, sondern die Energie der kontinuierlichen Meereswellen selbst ausgenutzt.

Seltene Sonderformen

Kavernenkraftwerke

Kavernenkraftwerke nutzen Kavernen, künstlich geschaffenen Hohlräume, oftmals in der Nähe von Stauseen, um ähnlich wie klassische Pumpspeicherkraftwerke Strom erzeugen zu können.

Gletscherkraftwerke

Bei Gletscherkraftwerken wird ein Schmelzwassersee an seinem tiefsten Punkt angebohrt, damit man den höchsten Druck und auch im Winter genug Wasser hat, selbst wenn die Oberfläche des Sees gefriert. Dann wird das Wasser durch ein Rohr unter dem Eis an die Küste geleitet, wo es in Turbinen Strom erzeugt. In Grönland wird auch versucht, das Inlandeis zur Stromgewinnung zu nutzen. Die Eisschicht hat ein Volumen von 2,4 Millionen Kubikkilometern, das ist etwa das 50.000-fache des Bodensees, der ein Volumen von 48 Kubikkilometer hat. In Grönland ist bisher erst ein Kraftwerk gebaut worden, das sein Wasser aus einem 11 Kilometer entfernten See bekommt. Man schätzt aber, dass man in Grönland jährlich fast 10 Terrawattstunden Strom gewinnen könnte.

Konflikte beim Bau von Wasserkraftwerken

Der Landschaftsverbrauch beim Anlegen insbesondere von neuen Stauseen (Talsperre) oder Sperrwerken kann zu Konflikten führen, bei denen Nachteile und Vorteile, auch im Vergleich zu anderen Lösungen, im Einzelfall abgewogen werden müssen.

Mögliche Nachteile von Wasserkraftwerken:

• Umsiedlung der Bewohner
• ökologische Veränderungen, Beeinträchtigung von Natur und Landschaft, Zerstörung des natürlichen Fließgewässerregimes
• Überstauung und Zerstörung von Kulturgütern
• begrenzte potentielle Nutzungsdauer, da Stauseen (wie jeder Binnensee) verlanden, bzw. großer Erhaltungsaufwand

Mögliche Vorteile von Wasserkraftwerken:

• Regenerierbare Energie in großem Maßstab (Ausnahme: Pumpspeicherkraftwerke)
• Keine Emissionen, wie Kohlendioxid, Stickoxide, Schwefelwasserstoffe (Ausnahme: Pumpspeicherkraftwerke)
• Flussregulierung, Hochwasserschutz (Wasser wird in wasserreichen Zeiten zurückgehalten und dosiert abgegeben)
• Bewässerung (Wasser steht auch in wasserarmen Zeiten zur Verfügung)

Weblinks

• www.wasserkraft.org - Bundesverband Deutscher Wasserkraftwerke
• Thema "Wasserkraftwerke" bei wasser.de
• Welche Bedeutung hat die Wasserkraft für Deutschland? - pdf-Datei 54 kB
• Energie aus Wasserkraft - Referatstext mit Abbildungen
• eLexikon: Wasserkraft in Deutschland